美軍TTNT數(shù)據(jù)鏈發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

金榮，張衡陽

（1 空軍駐西安地區(qū)軍事代表室，西安 710068; 2 空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院，西安 710077）

0 引言

近幾次高技術(shù)局部戰(zhàn)爭表明，美軍現(xiàn)有武器裝備和技術(shù)已基本具備精確打擊固定目標(biāo)的能力，但是打擊活動(dòng)目標(biāo)（時(shí)敏目標(biāo)）的能力則不夠充分。因此，美軍決定要發(fā)展一種支持實(shí)時(shí)火控過程，靈活、動(dòng)態(tài)、快速、大容量的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，快速而準(zhǔn)確地協(xié)同感知和確定戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的位置，并進(jìn)行快速精確協(xié)同打擊。2001年美軍啟動(dòng)的戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Tactical Targeting Networks Technology：TTNT）是當(dāng)前航空數(shù)據(jù)鏈中最為先進(jìn)的技術(shù)之一[1]。10多年時(shí)間內(nèi)經(jīng)過多次試驗(yàn)，結(jié)果表明該技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，作為美軍戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，在未來作戰(zhàn)應(yīng)用中將發(fā)揮重要的作用。

1 TTNT數(shù)據(jù)鏈簡介

1.1 研究目標(biāo)

在目標(biāo)探測(cè)、主動(dòng)識(shí)別、瞄準(zhǔn)、打擊、摧毀的全過程中，TTNT提供為預(yù)警機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、無人機(jī)、情報(bào)和監(jiān)視偵察平臺(tái)以及地面作戰(zhàn)平臺(tái)之間提供魯棒的、高性能、互操作的低時(shí)延數(shù)據(jù)通信，能夠快速定位“時(shí)敏目標(biāo)”，支持實(shí)時(shí)火控過程，同時(shí)使附帶毀傷最小。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）架構(gòu)：專用Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)時(shí)重構(gòu)并具備靈活性；（2）體系：采用IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，易于與其它網(wǎng)絡(luò)互通；（3）有效性：網(wǎng)絡(luò)帶寬寬、時(shí)延小、高優(yōu)先級(jí)信息接入成功率高；（4）可靠性：網(wǎng)絡(luò)健壯，自愈性強(qiáng)，可動(dòng)態(tài)自配置；（5）靈活性：通信容量視戰(zhàn)況實(shí)時(shí)配置，用戶入網(wǎng)/退網(wǎng)方便；（6）兼容性：作為一個(gè)模塊加裝在Link-16終端上，采用J系列報(bào)文消息格式，與Link-16完全兼容，并可通過網(wǎng)關(guān)接入全球信息柵格；（7）多元性：業(yè)務(wù)多樣，包括文本聊天、電子郵件、靜止圖像文件共享、雙向視頻流、目標(biāo)瞄準(zhǔn)、基于IP的飛行任務(wù)信息以及跟蹤數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)感知。

1.3 主要性能指標(biāo)

（1）系統(tǒng)規(guī)模：可容納的用戶數(shù)為200個(gè)～2000個(gè)；（2）系統(tǒng)容量：總傳輸速率>10Mbps；（3）傳輸速率：2Mbps（傳輸距離小于185km），500Kbps（傳輸距離大于185km小于370km），220Kbps（傳輸距離大于370km小于555km）；（4）傳輸時(shí)延：小于2ms（傳輸距離小于185km），小于6ms（傳輸距離大于185km小于370km），小于30ms（傳輸距離大于370km小于555km）；（5）入網(wǎng)時(shí)間：新注冊(cè)的平臺(tái)在5s內(nèi)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)；（6）成功傳輸概率：最高優(yōu)先級(jí)的信息成功傳輸概率大于99%。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

從網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)看，TTNT是一種典型的基于IP的航空自組織網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，可以臨時(shí)快速自組成網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)的能力，無需復(fù)雜的預(yù)規(guī)劃，可擴(kuò)展性非常強(qiáng)，飛機(jī)可隨遇退網(wǎng)、入網(wǎng)，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的多跳路由功能可支持超視距通信，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)飛機(jī)編隊(duì)的大空域組網(wǎng)應(yīng)用。

2.2 分布式信道接入控制技術(shù)

TTNT數(shù)據(jù)鏈信道接入控制協(xié)議采用SPMA協(xié)議[5]，具備臨時(shí)、動(dòng)態(tài)和快速組網(wǎng)、分布式動(dòng)態(tài)接入、支持多節(jié)點(diǎn)同時(shí)通信、支持多種業(yè)務(wù)并區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的QoS保證、最高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)能夠立即接入信道等能力。主要技術(shù)包括：分布式、快速、安全的入網(wǎng)認(rèn)證算法；基于時(shí)頻分析方法的信道忙閑程度檢測(cè)和預(yù)測(cè)算法；具有沖突分解的多信道分布式接入算法；基于信道忙閑程度和區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的多信道接入算法；基于負(fù)載反饋和退避窗口實(shí)時(shí)更新的可變因子退避算法。

2.3 高動(dòng)態(tài)多跳IP路由技術(shù)

TTNT數(shù)據(jù)鏈路由協(xié)議要能夠?qū)罩衅脚_(tái)高速運(yùn)動(dòng)引起的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓泻軓?qiáng)的感知能力，能夠準(zhǔn)確構(gòu)建和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)構(gòu)建和更新路由表，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)牡蜁r(shí)延和高可靠性。主要技術(shù)包括：航空編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性分析與預(yù)測(cè)技術(shù)；自適應(yīng)信標(biāo)交換算法；鄰居節(jié)點(diǎn)表構(gòu)建與維護(hù)算法；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)構(gòu)建和維護(hù)技術(shù)；基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的編隊(duì)拓?fù)淇刂扑惴?；?shí)時(shí)可靠的主動(dòng)式路由協(xié)議的設(shè)計(jì)。

2.4 分布式入網(wǎng)安全認(rèn)證技術(shù)

節(jié)點(diǎn)啟動(dòng) TTNT工作模式，周期性地發(fā)送HELLO消息，進(jìn)行鄰居節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)，并啟動(dòng)入網(wǎng)安全認(rèn)證過程，從而完成節(jié)點(diǎn)快速入網(wǎng)功能。

TTNT入網(wǎng)流程：

（1）進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)范圍，接收HELLO消息。

（2）解析HELLO消息，構(gòu)建鄰居節(jié)點(diǎn)表。

（3）向最近節(jié)點(diǎn)發(fā)送身份驗(yàn)證信息。

（4）安全認(rèn)證交互，驗(yàn)證通過，完成入網(wǎng)。

TTNT退出網(wǎng)絡(luò)流程：節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)有兩種方式

（1）節(jié)點(diǎn)損毀或飛離網(wǎng)絡(luò)范圍，網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)無法收發(fā)該節(jié)點(diǎn)的信息，超時(shí)后將其從鄰居節(jié)表中刪除。

（2）人工發(fā)出斷開網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求，其他節(jié)點(diǎn)接收到其斷開連接信息，將其從鄰居節(jié)點(diǎn)表中刪除。

外來節(jié)點(diǎn)加入 TTNT網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須進(jìn)行安全認(rèn)證，文獻(xiàn)6表明采用基于公鑰加密體制PKI認(rèn)證方式。TTNT中每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞信息也必須安全，所以通信協(xié)議必須使用一定形式的加密機(jī)制。TTNT通信采用公鑰加密機(jī)制認(rèn)證并協(xié)商對(duì)稱會(huì)話密鑰，然后利用會(huì)話密鑰加密通信數(shù)據(jù)。這種混合安全機(jī)制解決了加密運(yùn)算速度和密鑰分配管理問題。TTNT認(rèn)證算法基于PKI機(jī)制、無需第三方參與的認(rèn)證算法，包括密鑰創(chuàng)建，管理和交換。算法遵從Diffie-Hellman Key Exchange方式，成功產(chǎn)生Diffie-Hellman Key完成密鑰交換后，通信雙方創(chuàng)建一個(gè)對(duì)稱密鑰來進(jìn)行隨后的數(shù)據(jù)通信加密。

3 發(fā)展動(dòng)向

3.1 射頻隱身化

最初TTNT數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)為面向時(shí)敏目標(biāo)打擊的全向武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈，其射頻隱身性能滿足不了美軍第4代隱身戰(zhàn)機(jī)F22和F35的作戰(zhàn)需求，所以在裝備隱身戰(zhàn)機(jī) F22和 F35的數(shù)據(jù)鏈競爭中落敗。隨后，羅克韋爾·柯林斯公司對(duì) TTNT數(shù)據(jù)鏈制定了一系列的改進(jìn)和完善計(jì)劃。其中最為重要的計(jì)劃就是提升TTNT數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的LDP/LDI性能。文獻(xiàn)[7]表明，其改進(jìn)措施采用了全向和定向通信相結(jié)合的方式，在網(wǎng)絡(luò)初始化、網(wǎng)絡(luò)重組過程中使用全向通信信號(hào)波形，待組網(wǎng)完成后，便使用定向通信信號(hào)波形進(jìn)行通信，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中被敵方干擾和截獲的概率。

3.2 終端小形化

為了滿足空-空和空-地的組網(wǎng)應(yīng)用，羅克韋爾·柯林斯公司對(duì)TTNT數(shù)據(jù)鏈終端進(jìn)行了小形化，以便加裝在無人機(jī)、導(dǎo)彈、地面裝甲車輛、單兵背負(fù)等各類小型終端上，開展了 QNT微型聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的研究。QNT數(shù)據(jù)鏈與TTNT數(shù)據(jù)鏈有非常大的關(guān)系，同是羅克韋爾·柯林斯公司為主研制。從相關(guān)資料推斷，QNT數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)窃赥TNT數(shù)據(jù)鏈的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，有著很多的共性技術(shù)，只是在體積上變得更小，發(fā)射功率更小。因此，TTNT數(shù)據(jù)鏈終端的小型化是其一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。

3.3 應(yīng)用多樣化

從應(yīng)用的角度看，TTNT是美軍的一種新型戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，是為解決未來航空作戰(zhàn)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、傳輸時(shí)效性、問題而開發(fā)的高性能武器數(shù)據(jù)鏈，屬于高速、寬帶、低時(shí)延的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)。主要應(yīng)用于對(duì)信息傳輸時(shí)效性要求很高的應(yīng)用場合。

（1）空空協(xié)同。為了提高空中平臺(tái)協(xié)同感知、決策、打擊的能力，快速定位地面目標(biāo)并進(jìn)行快速打擊，美軍采用了這樣一種作戰(zhàn)模式：隱身作戰(zhàn)飛機(jī)或無人機(jī)突前進(jìn)行偵察，并迅速將偵察信息傳送給編隊(duì)的其他飛機(jī)，其他飛機(jī)在較遠(yuǎn)的空域?qū)δ繕?biāo)發(fā)射導(dǎo)彈進(jìn)行攻擊，突前的隱身飛機(jī)對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行第三方制導(dǎo)。整個(gè)攻擊過程包含協(xié)同感知、協(xié)同定位、網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)、聯(lián)合評(píng)估等四個(gè)大的環(huán)節(jié)。

（2）空地協(xié)同?？罩凶鲬?zhàn)平臺(tái)利用站得高、看得遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)對(duì)敵方陣地實(shí)施偵察，并將偵察信息實(shí)時(shí)地傳送給地面火力單元，地面火力單元快速實(shí)施打擊。地面終端也可將敵方重要目標(biāo)信息實(shí)時(shí)傳送給空中平臺(tái)，由空中平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行打擊，在整個(gè)空地協(xié)同作戰(zhàn)過程中由傳感器到射手的時(shí)間大大縮短，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)地面移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行有效打擊。

（3）武器協(xié)同。多個(gè)空中作戰(zhàn)平臺(tái)對(duì)時(shí)敏目標(biāo)的協(xié)同感知、協(xié)同定位、協(xié)同瞄準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)，協(xié)同攻擊，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)機(jī)與戰(zhàn)機(jī)、戰(zhàn)機(jī)與導(dǎo)彈、導(dǎo)彈與導(dǎo)彈之間的各類平臺(tái)協(xié)同。該類應(yīng)用對(duì)信息傳輸?shù)臅r(shí)效性非常高，TTNT數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)具備這種能力。

（4）空艦協(xié)同。在海洋上作戰(zhàn)，由于超短波視距傳播的特性，艦對(duì)空通信指揮的范圍非常有限，需要采用TTNT數(shù)據(jù)鏈這種多跳自組網(wǎng)系統(tǒng)，利用節(jié)點(diǎn)的多跳路由中繼功能實(shí)現(xiàn)超視距大范圍的空中作戰(zhàn)平臺(tái)和海面艦艇之間的信息傳輸共享。同時(shí)，對(duì)于戰(zhàn)機(jī)（無人機(jī)）著艦要求信息傳輸時(shí)延非常低，以克服艦體由于海洋環(huán)境顛簸所帶來的影響[4]。

4 總結(jié)

TTNT數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且环N基于IP的航空Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，是美軍正在研制的新型先進(jìn)武器協(xié)同級(jí)數(shù)據(jù)鏈，采用了大量先進(jìn)的技術(shù)，其MAC協(xié)議、路由協(xié)議和物理終端電臺(tái)的設(shè)計(jì)緊緊圍繞著打擊“時(shí)敏目標(biāo)”的要求而展開，旨在實(shí)現(xiàn)空-空和空-地武器協(xié)同級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信，縮短 C4KISR系統(tǒng)從 “傳感器”到“射手”的時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的能力。

[1] 駱光明.數(shù)據(jù)鏈——信息系統(tǒng)連接武器系統(tǒng)的捷徑[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[2] Tactical Targeting Networks Technology（TTNT）,information exploitation office, DARPANET CENTRIC PROGRAMS.

[3] Rockwell Collins receives contract award for completion of the TTNT waveform development.

[4] Rockwell Collins supplies Tactical Targeting Network Technology for deck handling trials of X-47B Unmanned Demonstrator, http://www.rockwellcollins.com/sitecore/

[5] Tactical Targeting Networks Technology（TTNT）,http://www.rockwellcollins.com/sitecore/content/Data/Pro ducts/Communications_and_Networds/Networks/Tactical_Targeting_Network_Technology.aspx

[6] Midshipman Joshua B. Datko, SUPPORTING SECURE,AD HOC JOINS FOR TACTICAL NETWORKS, Trident Scholar project report, 2002.

[7] Tactical Targeting Networks Technology and Connectivity,http://www.sldinfo.com/wp-content/2009/11/TTNT White Paper 1.pdf.